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高层建筑金属幕墙、铝合金门窗的防雷措施
作者:  更新时间:2018-4-13 12:45:53
当前,随着防雷技术、法制建设、规范管理等方面的发展,因雷击引起火灾、爆炸和人体伤亡的事故已逐渐减少,但有些地区受雷灾造成的损失仍然频繁发生。  
 
引起雷电灾害频繁发生,既有主观原因也有客观原因。主观原因是:                     
 
高层建筑物的直击雷防护措施不完善;大量通信、计算机系统等弱电设备和相当部分建筑物防雷设计不符合技术规范;人们防范雷电灾害发生的意识薄弱等。客观原因是:新建高层、超高层建筑物导致雷电活动的影响不断加剧;通信、计算机系统等抗干扰能力较弱的现代化设备越来越普及;易爆易燃场所迅速增长等。因此,雷电灾害必须引起我们高度的重视,加强对防雷设计进行研究、审核、检测和验收等一系列规范化管理。本文是笔者对高层建筑金属幕墙、铝合金门窗防雷措施的个人看法,供同行讨论和参考。  
 
一、防雷类别与不设防的判定  
 
按强制性国家标准《建筑物防雷设计规范》GB50057-94 第 2.0.3 条和第 2.0.4 条,确定该高层建筑物是属第二类防雷建筑物、第三类防雷建筑物或者不需考虑防雷。  
 
1、国家级重点文物保护的建筑物、国家级的会堂、办公建筑物、大型展览和博览建筑物、大型火车站、国宾馆、国家级档案馆等特别重要的建筑物;国家级计算中心、国际通讯枢纽等对国民经济有重要意义且装有大量电子设备的建筑物属第二类防雷建筑物。  
 
2、省级重点文物保护的建筑物及省级档案馆;预计雷击次数大于或等于 0.06 次/a 的一般性工业建筑物,属于第三类防雷建筑物。 
 
3 、部、省级办公建筑物及其它重要或人员密集的公共建筑物。 当其预计雷击次数大于 0.06次/a  时属于第二类防雷建筑物;当其预计雷击次数等于或小于0.06W次/ a ,且大于或等于0.012次/a时属于第三类防雷建筑物。该类公共建筑物的预计雷击次数小于 0.012 次/a  时可不考虑防雷。 
 
4、住宅、办公楼等一般性民用建筑物,当其预计雷击次数大于0.3 次/a 时属于第三类防雷建筑物;当其预计雷击次数等于或小于 0.3 次/ a  ,且大于或等于 0.06次/a  时属于第三类防雷建筑物。该类民用建筑物的预计雷击次数小于0.06 次/a 时可不考虑防雷。 
 
预计雷击次数应按《建筑物防雷设计规范》附录一计算。  
 
二、高层建筑防雷设计原理  
 
雷电是天空云层中一种自然的放电现象,大气的流动冷热变化形成了雷云,在气流的作用下,雷云下部的水滴带负电荷,而附近地面及建筑物积聚着正电荷.地面和雷云之间形成强大的电场。随着对流的加强,雷云下部负电荷积累,电场强度增大到极限值,超过了空气的击穿强度,于是空气电离产生云间放电。雷电流是一种强度极大,作用时间极短的瞬变过程,雷电流击中建筑物时,通常会产生电效应、热效应和机械力,破坏建筑物和伤害人体。而高层或超高层建筑物使地表的电场分布发生严重的畸变,其电场强度比一般建筑物大得多,容易构成雷电发展条件,且离放电云层近,更易受到雷击。  
 
防雷设计就是充分利用建筑物的防雷装置:接闪器(避雷针、避雷网等)、引下线、接地装置,把雷电流的巨大能量,通过建筑物的接地系统,迅速传送到地下,从而防止建筑物受雷击破坏。  
 
三、防侧击和等电位连接  
 
为减少在需要防雷的空间内发生火灾、爆炸、生命危险,等电位是一个很重要的措施。等电位是用连接导线或过电压保护器将处在需要防雷的空间内的防雷装置、建筑物的金属构架、金属装置、外来的导体物、电气和电讯装置等连接起来。  
 
高层建筑物必然是钢筋混凝土结构、钢结构的建筑物,应充分使 用其金属物做防雷装置的一部分,将其金属物尽可能连成整体。钢筋混凝土构件和钢构架中的钢筋应互相连接,构件之间必须连结成电气通路,使整个建筑物处于均压中。  
 
因此金属幕墙、铝合金门窗设计人应充分了解建筑物的防雷装置和幕墙、门窗洞口的防雷装置引出线,然后确定一个合理、经济、安全的幕墙、门窗防雷设计方案。  
 
金属幕墙、铝合金门窗框架等较大的金属物,如果距离地面等于滚球半径及以上时,应将其与防雷装置连接,这是首先应采取的防侧击的预防性措施。(所谓滚球半径是以 Hr 为半径的一个球体沿需要防直击雷的部位滚动,当球体只触及接闪器,或只触及接闪器和地面而不触及需要保护的部位时,则该部位就得到接闪器的保护)。  
 
金属幕墙的连接导体必须敷设在金属幕墙的金属立柱与连接着圈梁或柱子钢筋的预埋件之间,使金属幕墙与整个建筑物的防雷装置连接成电气通路。如果施工时没有埋没预埋件,而用膨胀螺栓固定金属幕墙的安装锚板,则必须先采用不小于 8mm 直径的圆钢或 4X12扁钢,将每层每块锚板串连起来,形成自身的防雷体系,最后与主体结构的防雷体系可靠连接,连接间距参照避雷网网格尺寸:第二类防雷建筑物必须≤10X10   或12X8(米),第三类防雷建筑物必须 ≤20X20或24X16(米)。 
 
铝合金门窗的连接导体的敷设必须在铝合金门窗框定位后,墙面装饰层或抹灰层施工前进行,连接导体应采用截面不少于 100 平方毫米的钢材,用铆钉或螺钉紧固于窗框上。连接导体引出端应采用不小于 8mm 直径的圆钢或 4X12 扁钢,连接导体引出端与防雷装置引出线进行搭接焊接时,搭接长度必须≥50mm,满焊缝。  
 
四、防直击雷措施  
 
高层建筑物的防直击雷,可分为三部分,建筑物地面以上等于滚球半径的部位,可不采取防侧击的措施;建筑物屋顶应防直击雷;第三部分是第一、第二部分之间,应采取防侧击雷措施。  
 
屋顶部分的防直击雷措施。根据《建筑物防雷设计规范》第 5.2.1 条布置接闪器时,可单独或组合采用滚球法、避雷网。由于建筑物 高,雷闪击中建筑物屋顶周边的雷电流可能会很大。而大雷电流对应大的滚球半径,雷电流通常从上空接近于垂直向下进行。如 180 米高的建筑物,取其高度为滚球半径,其相对应的雷电流约为(180/9.4)1.5=83.79KA。也就是说在距建筑物屋顶周边 180m 范围内大于 83.7 9 KA 雷电流的雷击,极大可能将击到建筑物屋顶周边上。  
 
金属幕墙如果位于女儿墙外侧时就属于屋顶周边,容易受到雷击。因此,高层建筑物的屋顶防直击雷,可沿屋顶周边设避雷带,其安装位置略为突出女儿墙顶部外沿;也可用屋顶其他明设金属物作为接闪器;也有直接利用金属幕墙与女儿墙之间的封顶金属板作接闪器,这时要求金属板厚度大于 0.5mm,板与板之间的搭接长度大于 100mm,金属板无绝缘覆盖层(氧化保护膜与保护油漆不属于覆盖层),金属板与女儿墙内的钢筋连接成电气通路。  
 
上面上设有小屋时,所安装的铝合金门窗是容易受到雷击的部位,门窗框必须与主体结构防雷体系连接成电气通路。  
 
五、其他建议与考虑  
 
对设有许多较重要的敏感电子系统,如通信设备、电子计算机、电子控制系统等现代化设备建筑物,为了增加屏蔽作用,建议将防侧击雷和等电位措施从地面首层做起,即将首层以上的外墙上的金属幕墙、 铝合金门窗、金属栏杆等较大金属物与防雷装置连接。  
 
有的建筑物虽然被判定为不需考虑防雷,但其基础、柱、墙、屋面内的钢筋已连成整体,可以直接利用作为主体结构防雷装置,如果与建筑师及业主协商、讨论,只需要使用很少的费用及施工工作就可以满足防雷要求,建议这些建筑物按第三类需要防雷的建筑物做防雷设计。           


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